CN105322611B - 电池组以及用于控制电池组的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电池组以及用于控制电池组的方法。本公开内容的一个方面中的电池组包括多个电池块、多个导通/中断单元以及控制单元。控制单元基于从状态检测单元获得的检测结果从多个电池块中选择要与外部装置电连接的一个电池块，并且将与所选择的电池块对应的导通/中断单元设置成导通状态。

Description

电池组以及用于控制电池组的方法

技术领域

本公开内容涉及包括多个电池块的电池组。

背景技术

日本未审查专利申请公布No.2014-38816公开了一种背包电池组，该背包电池组向外部负载(如电力工具等)提供电力。电池组被配置成能够在一个外壳中容纳多个电池块以增加电池组中的可存储的电能(即，电池组容量)。此外，电池组被配置成使得电池块的充电和放电能够通过将多个所容纳的电池块并联互连来同时执行。

发明内容

然而，上面提到的多个并联互连的电池块会产生以下问题：电池块中的充电量的变化导致电流从指定的电池块到另外的电池块的流动，从而降低电池组的可靠性。例如，在多个电池块中的特定电池块已经发生了异常(如短路)的情况下，剩余的电池块可以通过该特定电池块被放电。

此外，在电池组包括多个并联互连的电池块的情况下，可以减小整个电池组的内部电阻。因此，例如，在使用电池组驱动电力工具的电动机的情况下，施加至电动机的电压的减少小于从单个电池块向电动机提供电力的情况下的电压的减少。施加至电动机的电压的较小的减少会产生高电压，这使得大电流能够在电动机中流动，由于电动机的高温而导致对电动机的损害，并且从而降低电池组的可靠性。

在本公开内容的一个方面中，期望可以安全地执行对多个电池块中的每一个进行充电或从多个电池块中的每一个进行放电，并且从而可以实现电池组的可靠性的改进。

根据本公开内容的一个方面的电池组包括多个电池块、多个导通/中断单元以及控制单元。多个电池块中的每一个包括电池。多个导通/中断单元中的每一个与多个电池块之一对应，被配置成能够选择性地设置成导通状态和中断状态之一，并且被设置在要与电池组连接的外部装置与对应的电池块之间。控制单元基于从状态检测单元获得的检测结果从多个电池块中选择要与外部装置电连接的一个电池块，以及将与所选择的电池块对应的导通/中断单元设置成导通状态。状态检测单元检测多个电池块中的每一个电池块的状态。

根据如上所配置的电池组，抑制多个电池块的同时充电或放电，并且从而可以在充电或放电期间抑制从具有较高的输出电压的电池块到具有较低的输出电压的电池块的电流流动。此外，可以在向外部装置的放电期间抑制外部装置的退化，外部装置的退化可以由以下导致：由于电池块的并联互连导致的整个电池组的减小的内部电阻以及因而产生的从电池组到外部装置的增加的输出电压。因此，上述电池组可以提供改进的可靠性。

控制单元还可以被配置成使得：在外部装置与所选择的电池块电连接之后，当所选择的电池块的剩余电能与多个电池块中的至少一个其他电池块的剩余电能之间的差异变得等于或大于指定值时，控制单元将与所选择的电池块对应的导通/中断单元设置成中断状态，而将与至少一个其他电池块对应的导通/中断单元设置成导通状态。

在这种情况下，可以以均衡方式对电池块进行充电或放电，以使得电池块之间的剩余电能的差异不会变得等于或大于指定值。

在对每个电池块进行充电时，相对于电池块被充满电的100％电能的相对容量可以被用作电池块的剩余电能。在从每个电池块放电时，电池块的实际电能可以被用作电池块的剩余电能。

如果电池块处于充满电状态或在充电时电池块发生了任何异常，则对电池块的充电会被禁止。此外，如果电池块的剩余电能小，或在放电时电池块发生了任何异常，则从电池块放电会被禁止。

为此，控制单元还可以被配置成：当要将与至少一个其他电池块对应的导通/中断单元设置成导通状态时，除非至少一个其他电池块的充电和放电之一可行，否则禁止将与至少一个其他电池块对应的导通/中断单元设置成导通状态。

在这种情况下，可以抑制通过改变电池块而导致的该电池块的正常充电或放电的障碍以对其他电池块进行充电或放电，从而实现充电或放电期间电池组的安全性的改进。

此外，控制单元可以被配置成：当要将与至少一个其他电池块对应的导通/中断单元设置成导通状态时，将与至少一个其他电池块对应的导通/中断单元设置成导通状态而保持与所选择的电池块对应的导通/中断单元被设置成导通状态，并且随后将与所选择的电池块对应的导通/中断单元设置成中断状态。

在这种情况下，当改变向外部装置放电的电池块时，可以抑制由于当前所选择的电池块的放电路径和接下来要选择的电池块的放电路径的同时中断而导致的到外部装置的电力供应的临时停止(所谓的瞬间中断)的发生。

控制单元可以被配置成：基于所选择的电池块的输出电压和放电电流来估计所选择的电池块的空载电压，并且当所估计出的空载电压低于至少一个其他电池块的空载电压时，将与所选择的电池块对应的导通/中断单元设置成中断状态，而将与至少一个其他电池块对应的导通/中断单元设置成导通状态。

在这种情况下，在完成从电池组放电之前，可以抑制该电池组的输出电压的显著变化；从而，可以提供能够以连续且稳定的方式驱动外部装置的电池组。

控制单元还可以被配置成：当从电池组到外部装置的放电电流的电流值和从电池组到外部装置的输出电压的变化量等于或大于各自的阈值时，禁止将与至少一个其他电池块对应的导通/中断单元设置成导通状态。

即，如果至外部装置的放电电流的电流值以及至外部装置的输出电压的变化大，则通过禁止改变向外部装置放电的电池块，可以以稳定的方式向外部装置供电。

电池组可以包括负载状态监视单元，负载状态监视单元包括多个过载计数器，每一个过载计数器与多个电池块之一对应，并且被配置成通过根据从多个电池块中的每一个电池块流出的放电电流使多个过载计数器中的每一个过载计数器递增来监视多个电池块中的每一个电池块的负载状态。

在这种情况下，控制单元可以被配置成：当与所选择的电池块对应的过载计数器已达到过载计数值时，禁止将与所选择的电池块对应的导通/中断单元设置成导通状态，过载计数值表示对应的电池块的过载状态。

根据如上所配置的电池组，当向外部装置放电的电池块已经达到过载值时，禁止从电池块向外部装置放电；从而，可以抑制由于放电而导致的电池组的退化。

控制单元还可以被配置成：当与所选择的电池块对应的过载计数器已达到过载计数值时，如果与至少一个其他电池块对应的过载计数器表示放电使能计数值，则将与所选择的电池块对应的导通/中断单元设置成中断状态，而将与至少一个其他电池块对应的导通/中断单元设置成导通状态，放电使能计数值表示对应的电池块可放电。

根据如上所配置的控制单元，当向外部装置放电的电池块已经达到过载状态时，可以使用另外的电池块继续向外部装置放电；从而，可以以稳定的方式向外部装置供电而电池块中的任意电池块不退化。

当从电池块向外部装置放电被禁止时，电池块的过载计数器可以根据放电被禁止或过载计数器可以被清零的时间周期被向下计数。在这种情况下，可以重新开始从曾经禁止从其放电的电池块向外部装置放电。因此，通过改变电池块用于如上进行放电，可以延长从电池组向外部装置的电力供应有效的时间周期。

电池组可以包括多组彼此并联连接的整流器元件和开关元件。多组彼此并联互连的整流器元件和开关元件中的每一组可以与多个导通/中断单元中之一对应，每一个整流器元件与对应的导通/中断单元串联地设置，以使得至外部装置的放电电流的方向是整流器元件的正方向，并且每一个开关元件被配置成能够选择性地设置成导通状态和中断状态之一。

在这种情况下，当多个电池块之一被选择用于向外部装置放电并且对应的导通/中断单元被设置成导通状态时，可以借助于整流器元件抑制从所选择的电池块到任意其他电池块的电流流动。

此外，在这种情况下，电池组可以包括多个放电检测单元。多个放电检测单元中的每一个可以与多组之一对应，并且可以被配置成：当放电电流流经对应组的整流器元件时，将对应组的开关元件设置成导通状态。

在这种情况下，当与所选择的电池块对应的导通/中断单元处于导通状态并且放电电流从电池块流向外部装置时，放电电流被对应的放电检测单元检测到，并且对应的组的开关元件被设置成导通状态。从而，可以抑制对应的组的整流器元件中的大电流的流动，并且抑制整流器元件的退化。

外部装置可以包括充电器和电动工作机之一。

在外部装置包括被配置成向电池组提供第一直流的充电器的情况下，该电池组可以包括DC/DC转换器，DC/DC转换器被配置成将第一直流电转换成对多个电池块中的每一个电池块中的电池进行充电所需要的第二直流电。

在这种情况下，可以使用充电器对电池进行充电，该充电器被配置成提供第一直流，第一直流与对电池进行充电所需要的第二直流不同。此外，由于从DC/DC转换器至电池的充电路径短路，所以可以减少在充电路径中发生的电压降(电力损耗)，并且以稳定且有效的方式对电池进行充电。

来自DC/DC转换器的输出电压可以根据其安装的电池被设置，并且不需要根据要被充电的多个电池被调整；从而，可以实现电池组的简化的电路配置。

此外，即使在电池组具有高的额定电压(例如高于40V的额定电压)的情况下，从充电器至电池组的输出电压可以较低。从而，可以简化或消除充电器和/或电池组的连接部分的电击防护结构。

电池组还可以包括公共路径中断单元，其被配置成中断公共电流路径。公共电流路径被配置成使得：从DC/DC转换器流向多个电池块中的每一个电池块的电流共同地流经公共电流路径，并且被设置在DC/DC转换器与多个电池块之间。

在这种情况下，对所有电池的充电可以通过激活公共路径中断单元集体地被停止，并且从而可以实现在充电系统异常的情况下的改进的安全性。

电池组可以包括电路板，在该电路板上安装有多个电池块、多个导通/中断单元、控制单元和DC/DC转换器。

在这种情况下，改进在替换壳体中的电池组的部件时的可工作性。

本公开内容的另一方面是用于控制设置有多个电池块的电池组的方法。该方法包括：提供多个导通/中断单元，每一个导通/中断单元与多个电池块之一对应，被配置成能够选择性地设置成导通状态和中断状态之一，并且被设置在要与电池组连接的外部装置与对应的电池块之间；检测多个电池块的各自的状态；基于多个电池块的各自的状态的检测结果，从多个电池块中选择要与外部装置电连接的一个电池块；以及将与所选择的电池块对应的导通/中断单元设置成导通状态。

根据上述控制方法，可以安全地执行对多个电池块中的每一个的充电或从多个电池块中的每一个的放电，并且从而可以实现电池组的可靠性的改进。

附图说明

在下文中将参照附图借助于示例来描述示例性实施方式，在附图中：

图1是示出了示例性实施方式的电池组的外观的透视图；

图2是示出了电池组的内部配置的透视图；

图3是示出了电池组的电路配置的框图；

图4是示出了图3中示出的第一块和第二块的配置的电路图；

图5A是示出了要由图3中示出的充电/放电控制单元执行的充电控制处理的一部分的流程图；

图5B是示出了充电控制处理的其余部分的流程图；

图6A是示出了要由充电/放电控制单元执行的放电控制处理的一部分的流程图；

图6B是示出了放电控制处理的其余部分的流程图；

图7是示出了过载检测处理的流程图；

图8是示出了在充电期间各个块的电池电压和充电电流的变化的时间图；以及

图9是示出了在放电期间输出电压的变化的时间图。

具体实施方式

本实施方式的电池组2被配置成向电动工作机(如电力工具和电动割草机)提供电力，该电动工作机被配置成通过使用者用手握住该电动工作机的方式来使用。

如图1和图2所示，电池组2包括在由合成树脂构成的外壳(壳体)4中容纳的两个电池块(第一块10和第二块20)。第一块10包括电池12，而第二块20包括电池22。

电池12和22中的每一个可以具有较大的容量(例如，6Ah)，并且与在附接至电力工具的状态下使用的电池相比可以具有较大的重量和体积。在这种情况下，外壳4可以被配置成使得使用者可以使用带子来携带外壳4。

通过电源线5允许向外部装置的电力供应(放电)的主电力开关(在下文中称为主SW)，以及从充电适配器9接收用于充电的DC电压的充电连接器7被设置在外壳4的侧壁处(在图1的前侧上)。

为了防水目的，充电连接器7可以盖有盖子(cap)。连接至充电连接器7的充电适配器9可以包括如图3中所举例示出的AC/DC转换器，该AC/DC转换器被配置成：通过AC插头8从商用电源接收电源电压(交流电)以将电源电压转换成指定的DC电压，并输出指定的DC电压。

第一块10的电池12和第二块20的电池22中的每一个包括多个电池单元30(参见图4)。在外壳4中，第一块10的电池单元30被固定至支承构件14，而第二块20的电池单元30被固定至支承构件24。

除电池12和22之外，外壳4容纳电路板40，在该电路板40上安装有用于对相应的电池12和22的充电和放电进行控制的电路部件。

电路板40是用于如图3和图4所示的充电/放电电路的公共板。在外壳4中，电路板40被固定至第一块10的支承构件14和第二块20的支承构件24，以便覆盖电池12和22。

在电路板40相对于电池12和22的相反侧上，用于散热的散热片(未示出)被布置成与电路板40间隔指定的距离。安装在电路板40上的加热元件(如FET等)被固定至散热片；来自加热元件的热量通过散热片被消散。

接下来，将给出电路板40中包括的充电/放电电路的描述。如图3所示，下述部件作为充电/放电电路被组装为电路板40：对于第一块10的电池12而设置的第一充电/放电单元16；对于第二块20的电池22而设置的第二充电/放电单元26；DC/DC转换器42；自熔保险丝44；电源单元46；以及充电/放电控制单元48。

第一充电/放电单元16在第一块10的电池12的充电和放电之间转换，并且监视电池的状态。第二充电/放电单元26在第二块20的电池22的充电和放电之间转换，并且监视电池的状态。第一充电/放电单元16和第二充电/放电单元26经由包括在电路板40上的布线图案的对应端口P1至P6来连接至其他电路。

端口P1是将充电电压输入至电池12或电池22的端口；端口P2是将电池电压(在电池12或电池22的正电极和负电极之间的电压)输出至与电源线5连接的输出端子50的的端口；以及端口P3是经由保险丝88而连接至电路版40的接地的端口。

端口P4是与充电/放电控制单元48通信的端口；端口P5是将用于中断充电路径的中断信号输出至电池12或电池22的端口；以及端口P6是将电池电压输出至电源单元46的端口。

第一充电/放电单元16和第二充电/放电单元26的每一个具有如图4所示的配置。在下文中，将给出第一充电/放电单元16的配置的描述，第二充电/放电单元26具有相同的配置。

如图4所述，在第一充电/放电单元16中，电池12的正电极经由作为反向流动抑制二极管54和作为充电开关的FET(下文中称作充电FET)52来连接至端口P1。

阳极连接至端口P1并且阴极连接至充电FET 52的反向流动抑制二极管54抑制电流从电池12的正电极向端口P1的流动。

电池12的正电极经由作为放电开关的FET(下文中称作放电FET)62和用作抑制反向流动的FET(下文中称作反向流动抑制FET)64来连接至端口P2。反向流动抑制FET 64通过寄生二极管65来抑制电流从端口P2向电池12的正电极的流动。

放电检测单元66连接至寄生二极管65的双端(即，反向流动抑制FET 64的漏极和源极)。在充电检测单元66根据寄生二极管65的双端之间的电压值来对在寄生二极管65的正方向上的放电电流的流动进行检测的情况下，放电检测单元66接通反向流动抑制FET64。

电池12的正电极也连接至端口P6。

第一充电/放电单元16包括电池控制单元68和过压保护单元70。电池控制单元68接通或关断充电FET 52和放电FET 62。过压保护单元70在电池12的充电期间监视电池12的电池单元30的各自电压，并且在电池单元30中的任一个达到过压条件的情况下停止充电。

电池控制单元68经由端口P4与充电/放电控制单元48通信，并且根据来自充电/放电控制单元48的命令来接通或关断充电FET 52和放电FET 62。

包括在电池12中的电池单元30的各自双端电压值，来自用于检测电池组温度的温度传感器72的检测信号，以及设置在电池12的充电和放电路径中的电阻器74的双端电压值(换言之，充电电流值和放电电流值)被输入至电池控制单元68。

电池控制单元68经由端口P4将这些输入数据输出至充电/放电控制单元48。另外，电池控制单元68根据在对电池12充电期间的充电电流流动的值和在从电池12放电期间的放电电流流动的值来监视电池12的剩余电能，并且经由端口P4将监视的结果输出至充电/放电控制单元48。

过压保护单元70接收包括在电池12中的电池单元30的各自双端电压值。当电压值中的任一个变为比正常条件下的值大的过压值时，过压保护单元70经由端口P5将用于中断充电路径的中断信号输出至电池12。

电池控制单元68和过压保护单元70包括具有上述功能的相应的集成电路(IC)。

再次参考图3，在电路板40中，DC/DC转换器42和自熔保险丝44设置在从充电连接器7到第一充电/放电单元16和第二充电/放电单元26的各自端口P1的充电路径中的、在第一充电/放电单元16和第二充电/放电单元26的公共充电路径中。

DC/DC转换器42将由连接至充电连接器7的充电适配器9(AC/DC转换器等)提供的DC电压(例如，DC 12V)增大至对电池12和电池22充电需要的DC电压(例如，DC 42V)。经由自熔保险丝44将由DC/DC转换器42产生的DC电压输入至第一充电/放电单元16和第二充电/放电单元26的各自端口P1，并且该DC电压被用作电池12和22的充电电压。

自熔保险丝44包括：保险丝部44a，该保险丝部44a被设置在从DC/DC转换器42到第一充电/放电单元16和第二充电/放电单元26的充电路径中；以及加热电阻器44b，该加热电阻器44b产生热量以由此当电流流过此处时使熔化部44a熔化。

加热电阻器44b的一端连接至充电路径，而加热电阻器44b的另一端经由开关元件82连接至地线。在本实施方式中的开关元件82为NPN双极型晶体管。第一充电/放电单元16和第二充电/放电单元26的各自的端口P5连接至开关元件82的控制端子(基端)。

因此，当第一充电/放电单元16或第二充电/放电单元26(更具体而言，第一充电/放电单元16或第二充电/放电单元26的各自的过压保护单元70)经由对应端口P5(以高电平)输出中断信号时，开关元件82接通。然后，自熔保险丝44熔化，电池12和电池22的充电路径被中断。

经由反向流动抑制二极管84、反向流动抑制二极管85和反向流动抑制二极管86中的一个将从外部充电适配器9输入至充电连接器7的DC电压、从第一充电/放电单元16的端口P6输出的电池电压以及从第二充电/放电单元26的端口P6输出的电池电压输入至电源单元46。

电源单元46根据输入的DC电压产生用于驱动充电/放电控制单元48、第一充电/放电单元16和第二充电/放电单元26的电源电压(DC恒定电压)，并且将产生的电源电压提供至这些部件。

当将DC电压从外部充电适配器9输入至充电连接器7时(例如，在对电池和电池22充电期间)，电源单元46使用输入的DC电压来产生电源电压；另外，电源单元46使用从第一充电/放电单元16和/或第二充电/放电单元26提供的电池电压来产生电源电压。

充电/放电控制单元48包括MCU(微控制单元)，并且经由在第一充电/放电单元16中的电池控制单元68来控制在第一块10中的电池12的充电和放电。另外，充电/放电控制单元48经由在第二充电/放电单元26中的电池控制单元68来控制在第一块20中的电池22的充电和放电。在对电池12和电池22充电期间，充电/放电控制单元48激活DC/DC转换器42以产生用于充电的高电压。

为了减少电力消耗，充电/放电控制单元48、在第一充电/放电单元16中的电池控制单元68以及在第二充电/放电单元26中的电池控制单元68通常处于睡眠状态。

当将DC电压从外部充电适配器9输入至充电连接器7时或当通过外部操作使主SW6从关断状态变为接通状态时，充电/放电控制单元48唤醒并执行充电控制处理或放电控制处理。

第一充电/放电单元16(第一块10)中的电池控制单元68和第二充电/放电单元26(第二块20)中的电池控制单元68中的每一个在充电/放电控制单元48唤醒之后根据从充电/放电控制单元48传送的激活命令来被激活。

接下来，将给出对通过充电/放电控制单元48而执行的充电控制处理和放电控制处理的描述。

如图5A和5B所示，在通过来自充电适配器9的DC电压的输入来使充电/放电控制单元48唤醒之后，充电/放电控制单元48执行充电控制处理。

在充电控制处理中，首先在S100中，将激活命令传送至第一块10中的电池控制单元68和第二块20中的电池控制单元68中的每一个，以由此激活这些电池控制单元68。在随后的S110中，分别从第一块10中的电池控制单元68和第二块20中的电池控制单元68获得电池12的电池电压值和电池22的电池电压值，并且然后处理进行至S120。

在S120中，根据从电池控制单元68获得的各自的电池电压值来从第一块10和第二块20中选择要被第一充电的块。即，在本实施方式中，第一块10中的电池12和第二块20中的电池22不同时地充电，而是电池12和电池22交替地充电。为此，在S120中，从第一块10和第二块20中选择例如具有较低电池电压值的块作为充电的目标。

随后在S130中，将用于接通充电FET 52的命令传送至在S120中所选择的作为充电的目标的块(下文中称作“所选择的块”)中的电池控制单元68，以由此在所选择的块中接通充电FET 52。

在S140中，激活DC/DC转换器42以输出来自DC/DC转换器42的充电电压。因此，开始对所选择的块中的电池组进行充电。当对电池12或电池22进行充电时，充电/放电控制单元48通过控制来自DC/DC转换器42的输出(电流和电压)来对所选择的块中的电池进行CC-CV充电(恒定电流恒定电压充电)。

在如上所述在S140中通过激活DC/DC转换器42来开始对所选择的块中的电池进行充电之后，在S150中确定是否所选择的块中的电池处于充满电状态。

如果所选择的块中的电池未处于充满电状态，处理进行至S160，其中通过指定值或其他(换言之，剩余电能的差(PA-PB)等于或大于指定值)来确定所选择的块中的电池组的剩余电能PA是否大于非充电的目标的另一块(下文中称作“非所选择的块”)中的电池的剩余电能PB。

不是根据能够对每个电池12和22进行充电的绝对电能而做出确定，而是根据当在下述S200中对每个电池12和22进行充满电时相对于100％电能的相对的电能而做出确定。这意在达到如下：当检测到通过指定值或其他值来使通过相对电能的计算方法来计算出的所选择的块中的电池组的剩余电能变得大于通过相对电能的计算方法来计算出的非所选择的块中的电池组的剩余电能时，将充电的目标改变，以由此使第一块10中的电池12和第二块20中的电池22在基本上相同的时间充满电，并完成了充电控制。

如果在S160中确定为下述情况，则处理进行至S170：所选择的块中的电池的相对电能与非所选择的块中的电池的相对电能的差等于或大于指定值；否则，处理回到S150。

在S170中，停止(关断)DC/DC转换器42的操作，以由此停止对所选择的块中的电池进行充电。在随后的S180中，充电的目标变为非所选择的块中的未被充电的电池，并且处理再次进行至S140。

接下来，如果在S150中确定所选择的块中的电池处于充满电状态，则处理进行至S190，其中确定除所选择的块中的电池外非所选择的块中的电池是否也处于充满电状态。

如果所选择的块中的电池与非所选择的块中的电池都处于充满电状态，则确定当前充电已经完成，并且处理进行至S200；另一方面，如果非所选择的块中的电池未处于充满电状态，则处理进行至S170。

在S200中，所选择的块中的电池的当前充电量(换言之，在充满电状态下的充电量)和非所选择的块中的电池的当前充电量被存储用于与S160中的相对电能进行比较，并且然后处理进行至S210。可以在从知晓电能(充电量)的充电的开始到达到充满电状态期间通过对充电当前值进行积累(或求和)来获得充电量。

在S210中，停止(关断)DC/DC转换器42的操作，以由此停止对所选择的块中的电池进行充电。

在随后的S220中，将用于对充电FET 52进行关断的命令传送至所选择的块中的电池控制单元68，以由此关断选择的块中的充电FET 52。

最后，在S230中，将用于转变至睡眠状态的转变命令传送至第一块10中的电池控制单元68和第二块20中的电池控制单元68中的每一个，以由此将这些电池控制单元68转换为睡眠模式，并且然后完成本充电控制处理。在完成充电控制处理后，充电/放电控制单元48被转换为睡眠模式。

在充电控制处理中，如上所述，交替地对第一块10中的电池12和第二块20中的电池22进行充电。另外，当通过指定值或其他使一个所选择的电池的相对电能变得大于另一个非所选择的电池的相对电能时，改变充电的目标。

因此，如图8所示，以均衡的方式交替地对第一块10中的电池12和第二块20中的电池22进行充电，并且在基本上相同的时间变为充满电，并且完成对电池12和电池22的充电。

如图6A和6B所示，当主SW6由关断状态变为接通状态时，由此充电/放电控制单元48唤醒，充电/放电控制单元48执行放电控制处理。

在放电控制处理中，首先在S130中，将激活命令传送至第一块10中的电池控制单元68和第二块20中的电池控制单元68中的每一个，以激活电池控制单元68。在随后的S320中，从电池控制单元68获得电池电压值。

然后，在S330中，根据在S320中从电池控制单元68获得的电池电压值，首先选择对于外部负载进行开始放电的块。

即，根据本实施方式，以与充电情况类似的方式交替地从第一块10中的电池12和从第二块20中的电池22进行对于外部负载的电力提供(例如放电)。为此，在S330中，第一块10和第二块20中具有例如较高的电池电压值的一个被选择为放电源。

在S340中，将接通放电FET 62的命令传送至在S330中已被选作为放电源的所选择的块中的电池控制单元68，以由此接通所选择的块中的放电FET 62。

在S350中，开始用于检测过载的过载检测处理，该过载由于放电至外部负载而施加至第一块10中的电池12和第二块20中的电池22。

过载检测处理为下述处理：在执行放电控制处理期间，根据从电池12和电池22到外部负载的负载电流流动的值，通过更新对应于电池12的负载计数器和对应于电池22的负载计数器来监视电池12和电池22的各自的负载状态。根据图7所示的步骤来执行该处理。

具体地，在指定设置的时间间隔内，对于第一块10中的电池12以及对于第二块20中的电池22，交替地执行过载检测处理。在过载检测处理中，首先在S510中，从第一块10中的电池控制单元68或者从第二块20中的电池控制单元68获得放电电流值，并且在S520中确定所获得的放电电流值是否等于或大于预先设定的阈值。

如果放电电流值等于或大于阈值，则确定目前施加到电池12或电池22的负载大，并且在S530中使对应于电池12或电池22的过载计数器递增(+1)。

如果放电电流值小于阈值，则停止从电池12或电池22放电或者仅用小负载来进行，在S540中使对应于电池12或电池22的过载计数器递减(-1)。

因此，更新对应于电池12的过载计数器的计数值和对应于电池22的过载计数器的计数值中的每一个，以使得在外部负载较大并且放电时间周期较长的情况下增加，以及在放电停止或放电电流较小的情况下减少。

当在S350中开始过载检测处理之后，处理进行至S360，在S360中通过外部操作确定主要的SW6是否已经改变成关断状态。

如果主要的SW6已经改变成关断状态，则处理进行至S460，然而，如果主要的SW6还没有改变成关断状态，则处理进行至S370，在S370中确定对于在所选择的块中的电池是否需要保护操作。

保护操作是在作为保护目标的电池处于过放电状态、高温(过热)状态或过载状态的情况下停止放电。

在S370中，从所选择的块中的电池控制单元68获得电池电压值，并且在所获得的电池电压值等于或小于特定值的情况下确定在所选择的块中的电池处于过放电状态。

另外，在S370中，从所选择的块中的电池控制单元68获得电池温度，并且在电池温度等于或大于特定温度的情况下确定在所选择的块中的电池处于高温(过热)状态。

此外，在S370中，读取在开始于S350的过载检测处理中要被更新的过载计数器中的、对应于所选择的块中的电池的过载计数器的计数值。如果所读取的计数值等于或大于特定的过载确定值，则确定所选择的块中的电池处于过载状态。

如上所述，如果在S370中确定所选择的块中的电池处于过放电状态、高温(过热)状态或过载状态，并且对于电池需要保护操作，则处理进行至S440；否则，如果确定不需要保护操作，则处理进行至S380。

在S380中，确定外部负载是否处于稳定的操作状态，并且从而确定是否改变放电源。具体地，例如，在作为外部负载的电动机处于加速状态或高负载状态的情况下，将放电源从所选择的块改变至未被选择的块可能引起向外部负载供应的电力的变化，因而影响外部负载的操作。

因此，在S380中，基于来自所选择的块的电池的放电电流的幅度和所选择的块中的电池的电池电压的变化，来确定外部负载是否处于瞬态操作状态或者高负荷操作状态；并且确定在外部负载不处于瞬态操作状态或者高负荷操作状态的情况下可以改变放电源。

如果在S380中确定外部负载处于瞬态操作状态或者高负荷操作状态，并且因而不可以改变放电源，则处理再次进行至S370，然而如果在S380中确定可以改变放电源，则处理进行至S390。

在S390中，计算所选择的块中的电池的剩余电能PC。在随后的S400中，确定剩余电能PC是否比未被选择的块中的电池的剩余电能PD小特定的值或者更多(换言之，两个剩余电能之间的差值(PD-PD)是否等于或大于特定值)。

关于上述决定，使用可以从各自的电池12和电池22放电的绝对电能。这是使得基本相同的电能从电池12和电池22提供至外部负载，并且通过改变放电源实现外部负载的稳定驱动。

如果在S400中确定电池12的绝对电能与电池22的绝对电能之间的差值变成特定值或者更多，则处理进行至S410，在S410中放电源从所选择的块改变至未被选择的块。然后，处理进行至S360。

在S410中按照下面的步骤执行放电源的改变：首先将未被选择的块中的放电FET62改变至接通状态，并且在特定时间周期之后来自未被选择的块的放电变得稳定的情况下，将在所选择的块中的放电FET 62改变至关断状态。

在未被选择的块中的放电FET 62被改变为接通状态时，所选择的块中的放电FET62也处于接通状态。因此，由于在所选择的块中的电池与未被选择的块中的电池之间的电压差，可能发生电流从这些块中的一个向另一个流动。然而，因为在两个放电FET 62均处于接通状态的时间周期十分短，所以可以改变放电源而不使在这些块中的电池组劣化。上述步骤旨在抑制由于通过改变放电源引起的到外部负载的电力供应的瞬时中断或者不稳定。

如果在S400中确定电池12的绝对电能与电池22的绝对电能之间的差值不等于或不大于特定值，则处理进行至S420，在S420中，估计所选择的块中的电池的空载电压值。

具体地，从所选择的块中的电池控制单元68获得电池电压值和放电电流值，并且利用预先设定的计算式“电池电压值+放电电流值×系数F1+系数F2”估计对应于电池的空载电压值。

因子F2为通过特定的补偿电压(例如，小于1V的值)使得所估计的空载电压值大于实际的空载电压值的补偿值。

在随后的S430中，从未被选择的块的电池控制单元68获得电池电压值(即，空载电压值)，并且确定所选择的块中的电池的、在S420中所估计的空载电压值是否小于未被选择的块中的电池的空载电压值。

如果在S430中确定所选择的块中的电池的空载电压值不小于未被选择的块中的电池的空载电压值，则处理再次进行至S370。另一方面，如果在S430中确定所选择的块中的电池的空载电压值小于未被选择的块中的电池的空载电压值，则处理进行至S410，在S410中改变放电源。

这是因为，如图9所示，在电池12和22的剩余电能小的情况下，来自电池组2的输出电压迅速下降，并且在这样的条件下改变放电源将导致来自电池组2的输出电压的显著变化。

即，在本实施方式中，通过S420和S430中的处理监测电池12与电池22之间的空载电压的差值，并且改变放电源以使得该差值将不变得显著，从而抑制来自电池组2的输出电压的显著变化并且使得能够以稳定的方式驱动外部负载。

当在S370中确定需要保护操作时执行的处理S440中，确定是否可以从未被选择的块放电。

如果可以从未被选择的块放电，则处理进行至S410，在S410中改变放电源。然后，处理再次进行至S370。如果不可以从未被选择的块放电，则处理进行至S450，在S450中将关断放电FET 62的命令发送至所选择的块中的电池控制单元68，从而关断放电FET 62。然后，处理进行至S460。

在S460中，第一块10中的放电FET 62和第二块20中的放电FET 62均关断，从而停止从电池12和电池22向外部负载放电。在随后的S470中，用于转变至睡眠状态的转变命令被发送至第一块10中的电池控制单元68和第二块20中的电池控制单元68中的每一个，从而将电池控制单元68转变至睡眠状态。然后，结束本放电控制处理。在放电控制处理结束之后，充电/放电控制单元48转变至睡眠状态。

如上所述，在放电控制处理中，执行向连接至输出端50的外部负载放电(电力供应)，而在第一块10中的电池12与第二块20中的电池22之间交替地改变放电源。另外，当在放电期间电池的剩余电能(绝对电能)变得比另一电池组的剩余电能(绝对电能)小特定的值或者小更多时，执行放电源的改变。因此，如图所示9，放电源的改变将不显著地改变从电池组2至外部负载的输出电压；因而，可以实现向外部负载提供稳定的供电电压。

如上所述，本实施方式的电池组2包括第一块10和第二块20；并且第一块10包括电池12，然而第二块20包括电池22。

对于每个块，通过交替地驱动设置在电池12的充电路径中的充电FET 52和设置在电池22的充电路径中的充电FET 52来执行对电池12和电池22进行充电。对于每个块，通过交替地驱动设置在电池12的放电路径中的放电FET 62和设置在电池22的放电路径中的放电FET 62来执行对电池12和电池22进行放电。

反向流动抑制二极管54和反向流动抑制FET 64分别被设置在电池12和电池22中的每一个的充电路径和放电路径中。

因此，根据本实施方式的电池组2，可以抑制电池12和电池22的同时充电或放电，并且可以抑制在充电或放电期间从具有较高电池电压的块向具有较低电池电压的块的电流的流动。

另外，因为在放电期间电池12和电池22不是并联连接的，或者仅在改变放电源的瞬间电池12和电池22是并联连接的，所以可以抑制这样的并联连接而不降低整个电池组2的内电阻，从而增加向外部负载的输出电压并且降低外部负载。

充电时，如果充电期间电池中的剩余电能(相对电能)变得比另一电池中的剩余电能(相对电能)大特定的值或者大更多，则改变充电的目标。因此，如在图8中所示例性示出的，在对电池12和电池22进行充电时，可以以均衡的方式交替地对电池12和电池22进行充电，以使得将在基本相同的时间对电池12和电池22完全充电。

当改变充电的目标时，首先停止DC/DC变换器42的操作；因此，由于DC/DC变换器42操作期间充电电流的输出路径的中断，所以可以抑制DC/DC变换器42的输出侧的高电压的出现。

在向外部负载放电时，如果放电期间电池中的剩余电能(绝对电能)变得比另一电池中的剩余电能(绝对电能)小特定的值或者小更多，则改变放电源。因此，如在图9中所示例性示出的，当对外部负载放电时，可以以均衡的方式交替地对电池12和电池22进行放电，以使得将在基本相同的时间完成对电池12和电池22的放电。

在放电时，估计放电期间电池的空载电压值，并且如果所估计的空载电压值变得比另一电池的空载电压值小特定值或者小更多，则也改变放电源。因此，在电池12和电池22中的一个的剩余电能小的情况下，可以抑制来自电池组2的输出电压中的显著变化，并且可以以稳定的方式继续驱动外部负载。

当改变放电源时，放电期间电池的放电FET 62保持处于接通状态，并且另一电池的放电FET 62被改变成接通状态，并且然后直到已经被放电的电池的放电FET 62被改变成关断状态为止。因此，由于改变放电源时，来自电池12的放电路径和来自电池22的放电路径的瞬时中断，所以可以抑制向外部负载的电力供应出现临时停止(所谓的瞬时中断)。

在本实施方式中，通过设置在第一块10中的电池控制单元68和设置在第二块20中的电池控制单元68监测电池12和电池22的状态。如果操作为放电源的电池处于过放电状态、高温(过热)状态或过载状态，则抑制从电池放电。因而，可以保护电池12和电池22免受这些不正常的状态，并且实现电池组2的提高的安全性。

另外，当从电池向外部负载放电时，基于放电期间来自电池的放电电流的规模和电池电压的改变来确定外部负载是否处于瞬态操作状态或高负荷操作状态，并且如果外部负载处于瞬态操作状态或高负荷操作状态，则禁止改变将被用于放电的电池。因此，在外部负载处于瞬态操作状态或高负荷操作状态的情况下，通过改变将被用于放电的电池可以抑制向外部负载的不稳定的电力供应，不稳定的电力供应可能影响外部负载的操作。

此外，本实施方式的电池组2包括DC/DC变换器42，其将从包含AC/DC转换器的外部充电适配器9提供的DC电压转换(在本实施方式中增加电压)成对电池12和电池22充电所需要的DC电压。因此，根据本实施方式的电池组2可以利用输出电压的电压值不同于对电池12和电池22充电所需要的电压值的充电适配器9对电池12和电池22进行充电。

另外，因为从DC/DC变换器42至电池12和电池22的充电路径被缩短，所以可以减少在充电路径中产生的电压降(电力损耗)，从而实现对电池12和电池22的稳定且有效的充电。

此外，因为DC/DC变换器42的输出电压可以被设置为充电电池12和电池22所需要的电压，而不必改变来自DC/DC变换器42的输出电压以对具有不同电压的多个电池进行充电，所以可以实现简单的电路构造。

在从DC/DC变换器42至电池12和电池22的各自的充电路径中，在电池12和电池22两者的公共充电路径中设置自熔保险丝44。当为电池12和电池22设置的过压保护单元70检测到电池电压中的反常时，电流流经自熔保险丝44，以使得自熔保险丝44来中断充电路径。

因此，根据本实施方式的电池组2，可以经由自熔保险丝44保护电池12和电池22免受过电压。另外，因为自熔保险丝44可以共同地中断至电池12和电池22的各自的充电路径，所以可以实现电池组2的提高的安全性。此外，因为自熔保险丝44被设置在电池12和电池22的公共充电路径上，所以与自熔保险丝44被设置为用于电池12和电池22中的每一个相比，可以实现简化的装置构造。

与过压保护单元70分开，向电池12和电池22中的每一个设置电池控制单元68，以在电池12和电池22中的每一个的充电与放电之间切换并且监测电池的状态。

对电池12和电池22而言公共的充电/放电控制单元48经由第一充电/放电单元16的电池控制单元68和第二充电/放电单元26的电池控制单元68来控制电池12和电池22中的每一个的充电和放电，并且因而可以适当地执行电池12和电池22中的每一个的充电和放电。

在电池组2中包括DC/DC变换器42、第一充电/放电单元16、第二充电/放电单元26和充电/放电控制单元48的所有电路被组装到单独的电路板40。因此，本实施方式的电池组2使得容纳在如电池组2的壳体等壳中的上述各种电路的操作容易，在安装电池组2的情况下实现提高的工作效率。

在本实施方式中，设置到块10和块20中的每一个中的充电/放电单元16和充电/放电单元26中的每一个的充电FET 52和放电FET 62对应于本公开内容的导通/中断单元的示例；电池控制单元68对应于本公开内容的状态检测单元的示例；并且充电/放电控制单元48对应于本公开内容的控制单元的示例。

尽管上面已经描述了本公开内容的一个实施方式，但是本公开内容不限于上述实施方式，而是在不脱离本公开内容的主题的范围内可以具有多种形式。

例如，在上述实施方式中，反向流动抑制FET 64被设置为与放电FET 62串联，并且反向流动抑制FET 64的寄生二极管65抑制电流从接口P2流向电池12或电池22的正电极。

然而，代替反向流动抑制FET 64，可以设置整流器元件(例如，二极管)，以使得向外部负载的放电电流的电流方向为其正向。在这种情况下，开关元件(例如FET)可以被连接为与整流器元件并联，并且在放电电流流动时，可以通过放电检测单元66来接通开关元件。

用这样的构造，在上述实施方式中，对于反向流动抑制FET 64的情况，通过以相似的方式用放电检测单元66接通开关元件可以抑制大电流在整流器元件(上述实施方式中的寄生二极管65)中流动，从而保护整流器元件(寄生二极管65)免受放电电流。

另外，在上述实施方式中，过载计数器根据放电电流向上/向下计数，以检测在各自的块10和块20中的电池12或电池22中的每一个的过载状态。然而，例如，过载计数器可以配置为在放电电流等于或大于阈值的情况下向上计数(或递增)，并且在从电池组2向外部负载放电的情况下清零。

另外在上述实施方式中，电池组2包括包含电池12的块10和包含电池22的块20，并且被配置成经由为各自的块10和块20所设置的充电/放电单元16和充电/放电单元26执行充电和放电。电池组2可以包括三个或更多个块。在电池组2包括三个或更多个块的情况下，可以设置三个或更多个充电/放电单元。

此外，在上述实施方式中，对电池12或电池22交替地进行充电，并且对电池12或电池22交替地进行放电。然而，可以同时对第一块10和第二块20进行充电并且可以从第一块10和第二块20进行放电，或者可以执行同时充电和同时放电之一。

Claims (13)

1.一种电池组，包括：

多个电池块，每一个电池块包括电池；

多个导通/中断单元，每一个导通/中断单元与所述多个电池块之一对应，被配置成能够选择性地设置成导通状态和中断状态之一，并且被设置在要与所述电池组连接的外部装置与对应的电池块之间；以及

控制单元，被配置成：基于从状态检测单元获得的检测结果从所述多个电池块中选择要与所述外部装置电连接的一个电池块，以及将与所选择的电池块对应的所述导通/中断单元设置成所述导通状态，所述状态检测单元被配置成检测所述多个电池块中的每一个电池块的状态，

其中，所述控制单元还被配置成使得：在所述外部装置与所选择的电池块电连接之后，当所选择的电池块的剩余电能与所述多个电池块中的至少一个其他电池块的剩余电能之间的差异变得等于或大于指定值时，所述控制单元将与所选择的电池块对应的所述导通/中断单元设置成所述中断状态，而将与所述至少一个其他电池块对应的所述导通/中断单元设置成所述导通状态。

2.根据权利要求1所述的电池组，

其中，所述控制单元还被配置成：当要将与所述至少一个其他电池块对应的所述导通/中断单元设置成所述导通状态时，除非所述至少一个其他电池块的充电和放电之一可行，否则禁止将与所述至少一个其他电池块对应的所述导通/中断单元设置成所述导通状态。

3.根据权利要求1所述的电池组，

其中，所述控制单元还被配置成：当要将与所述至少一个其他电池块对应的所述导通/中断单元设置成所述导通状态时，将与所述至少一个其他电池块对应的所述导通/中断单元设置成所述导通状态而保持与所选择的电池块对应的所述导通/中断单元被设置成所述导通状态，并且随后将与所选择的电池块对应的所述导通/中断单元设置成所述中断状态。

4.根据权利要求1所述的电池组，

其中，所述控制单元还被配置成：基于所选择的电池块的输出电压和放电电流来估计所选择的电池块的空载电压，并且当所估计出的空载电压低于所述至少一个其他电池块的空载电压时，将与所选择的电池块对应的所述导通/中断单元设置成所述中断状态，而将与所述至少一个其他电池块对应的所述导通/中断单元设置成所述导通状态。

5.根据权利要求1所述的电池组，

其中，所述控制单元还被配置成：当从所述电池组到所述外部装置的放电电流的电流值和从所述电池组到所述外部装置的输出电压的变化量等于或大于各自的阈值时，禁止将与所述至少一个其他电池块对应的所述导通/中断单元设置成所述导通状态。

6.根据权利要求1所述的电池组，还包括：

负载状态监视单元，所述负载状态监视单元包括多个过载计数器，每一个过载计数器与所述多个电池块之一对应，并且被配置成通过根据从所述多个电池块中的每一个电池块流出的放电电流使所述多个过载计数器中的每一个过载计数器递增来监视所述多个电池块中的每一个电池块的负载状态，

其中，所述控制单元还被配置成：当与所选择的电池块对应的所述过载计数器已达到过载计数值时，禁止将与所选择的电池块对应的所述导通/中断单元设置成所述导通状态，所述过载计数值表示对应的电池块的过载状态。

7.根据权利要求6所述的电池组，其中，所述控制单元还被配置成：当与所选择的电池块对应的所述过载计数器已达到所述过载计数值时，如果与所述至少一个其他电池块对应的所述过载计数器表示放电使能计数值，则将与所选择的电池块对应的所述导通/中断单元设置成所述中断状态，而将与所述至少一个其他电池块对应的所述导通/中断单元设置成所述导通状态，所述放电使能计数值表示对应的电池块可放电。

8.根据权利要求1所述的电池组，还包括：

多组彼此并联连接的整流器元件和开关元件，每一个组与所述多个导通/中断单元之一对应，每一个整流器元件与对应的导通/中断单元串联地设置，以使得至所述外部装置的放电电流的方向是所述整流器元件的正方向，并且每一个开关元件被配置成能够选择性地设置成导通状态和中断状态之一；以及

多个放电检测单元，每一个放电检测单元与所述多组之一对应，并且被配置成：当所述放电电流流经对应组的所述整流器元件时，将所述对应组的所述开关元件设置成所述导通状态。

9.根据权利要求1所述的电池组，其中，所述外部装置包括充电器和电动工作机之一。

10.根据权利要求1所述的电池组，

其中，所述外部装置包括充电器，所述充电器被配置成向所述电池组提供第一直流电，并且

其中，所述电池组还包括DC/DC转换器，所述DC/DC转换器被配置成将所述第一直流电转换成对所述多个电池块中的每一个电池块中的电池进行充电所需要的第二直流电。

11.根据权利要求10所述的电池组，还包括公共路径中断单元，所述公共路径中断单元被配置成中断公共电流路径，所述公共电流路径被配置成使得：从所述DC/DC转换器流向所述多个电池块中的每一个电池块的电流共同地流经所述公共电流路径，并且被设置在所述DC/DC转换器与所述多个电池块之间。

12.根据权利要求10所述的电池组，还包括电路板，在所述电路板上安装有所述多个电池块、所述多个导通/中断单元、所述控制单元和所述DC/DC转换器。

13.一种用于控制设置有多个电池块的电池组的方法，所述方法包括：

提供多个导通/中断单元，每一个导通/中断单元与所述多个电池块之一对应，被配置成能够选择性地设置成导通状态和中断状态之一，并且被设置在要与所述电池组连接的外部装置与对应的电池块之间；

检测所述多个电池块的各自的状态；

基于所述多个电池块的各自的状态的检测结果，从所述多个电池块中选择要与所述外部装置电连接的一个电池块；

将与所选择的电池块对应的所述导通/中断单元设置成所述导通状态；以及

在所述外部装置与所选择的电池块电连接之后，当所选择的电池块的剩余电能与所述多个电池块中的至少一个其他电池块的剩余电能之间的差异变得等于或大于指定值时，将与所选择的电池块对应的所述导通/中断单元设置成所述中断状态，而将与所述至少一个其他电池块对应的所述导通/中断单元设置成所述导通状态。